Forskere opdager, hvordan planter reagerer på ændringer i lys på molekylært niveau

Planter har ikke øjne, men de "ser" deres omgivelser ved hjælp af lys.

Det er gjort muligt af proteiner kaldet fotoreceptorer, der absorberer lys og omdanner det til et signal, der tænder eller slukker gener. Indtil nu, videnskabsmænd har ikke helt forstået den molekylære mekanisme, der ligger til grund for denne proces, som gør det muligt for planterne at genkende, når de er i skyggen og vokse mod solen, og fornemme hvilken årstid det er, så de kan blomstre om foråret.

Forskere ved University of California, Riverside har identificeret den del af en plantefotoreceptor, der er ansvarlig for lysafhængige ændringer i genekspression, som illustreret i et papir offentliggjort i dag i Naturkommunikation . Undersøgelsen blev ledet af Meng Chen, en lektor i cellebiologi ved UCR's College of Natural and Agricultural Sciences.

Chen og hans kolleger har studeret en gruppe fotoreceptorer kaldet fytokromer, der er følsomme over for rødt og langt rødt lys, og er bevaret i planter, svampe, og bakterier. Forskningen blev udført i Arabidopsis thaliana, en lille blomstrende plante, der er meget brugt af biologer som modelart, fordi den er nem at dyrke og studere.

Fytokromer styrer planters vækst og udvikling ved at ændre mængden eller stabiliteten af ​​en anden gruppe proteiner kaldet transkriptionsfaktorer, hvis opgave er at tænde og slukke for gener. For at finde ud af, hvordan fotoreceptoren regulerer mængden af ​​transkriptionsfaktorer, Chens team vendte deres opmærksomhed mod strukturen af ​​fytokromet, som har to funktionelle områder kaldet domæner.

Mens det er kendt, at et domæne (kaldet N-terminalmodulet) registrerer lys, funktionen af ​​det andet domæne (kaldet C-terminalmodulet) var forblevet ukendt. De fleste videnskabsmænd mente ikke, at C-terminalmodulet spillede en rolle i signalering af ændringer i genekspression i planter, men Chen var uenig.

"Vi ved, at i bakterier, som bruger et lignende protein til at føle lys, N-terminalmodulet registrerer lys, og C-terminalmodulet regulerer stabiliteten af ​​transkriptionsfaktorer. Imidlertid, den nuværende model i planter er, at fotoreceptoren bruger det N-terminale modul både til at fornemme og reagere på miljømæssige lyssignaler, " sagde Chen, som også er medlem af UCR's Institut for Integrated Genome Biology (IIGB).

Chens gruppe viste, at det C-terminale modul faktisk regulerer genekspression, selvom den bruger en meget anden metode end bakterier.

Chen sagde, at resultaterne har konsekvenser for landbruget, hvor landmænd i stigende grad søger at dyrke mere mad på mindre jord. For eksempel, når afgrøder plantes ved høj tæthed, de konkurrerer om lyset, vokser ofte højere på bekostning af udbyttet.

"Nu hvor vi forstår, hvordan lys forårsager ændringer i vækst og udvikling, vi kan konstruere planter til at være blinde for deres naboer, så vi kan plante dem tættere uden at se et fald i udbyttet, " sagde Chen. "Vi kan tage afgrøder, der vokser godt i én del af verden, og konstruere dem til at vokse på andre breddegrader og klimaer."